[논문]배수효율이 높은 지하암거의 간격과 주름유공관의 통수능 비교분석

김현태; 유전용; 정기열; 박영준

doi:10.5389/ksae.2019.61.6.067

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This study compared the theory of a culvert spacing and analytical results of the seepage flow for the subsurface drainage. i) If culvert spacing (Sc) is within 5 m, the unit drainage (q) is very larger; in contrast, if Sc is 5 m or more, there is very little drainage in the middle between drains. T...

This study compared the theory of a culvert spacing and analytical results of the seepage flow for the subsurface drainage. i) If culvert spacing (Sc) is within 5 m, the unit drainage (q) is very larger; in contrast, if Sc is 5 m or more, there is very little drainage in the middle between drains. Therefore, the drain spacing should be within 5 m to ensure high drainage efficiency. ii) Since the planned culvert drainage increases linearly with the soil's permeability coefficient (k), k must be taken into account when determining the drain diameter by the planned culvert drainage. iii) As a result of analyzing the drainage performance of the absorbing culvert, the drainage performance is sufficient with the diameter of the corrugated drain pipe Dc = 50 mm at the length of the drain Lc = 100 m. iv) Therefore, if the drain spacing (Sc) is less than 5 m using the low-cost non-excavated drainage pipe method (${\Phi}50mm$ the corrugated drain pipe and fiber mat) rather than the conventional trench drain method (Sc > 10 m, Dc > 100 mm), uniform and high drainage efficiency can be ensured as well as low construction cost. v) The sub-irrigation+drainage culvert requires narrower drain spacing (Sc < 2-3 m) for irrigation. As a result of examining the condition of 35 mm in diameter (Dc) and 2~3 m in drain spacing, it is possible to apply the non-excavated drainage pipe method to the sub-irrigation+drainage culvert because drainage performance is sufficient at the drain length Lc = 50 m.

Keyword

표/그림 (9)

그림 Fig. 1 Condition of Subsurface Culvert Seepage Analysis
그림 Fig. 2 Relation of the space of culvert with Permiability of soil
그림 Fig. 3 Variation of drain discharge by space of culvert
그림 Fig. 4 Distribution of seepage vector and unit discharge
그림 Fig. 5 Decision of drain discharge by Permeability of soil andculvert spacing
표 Table 1 Comparison of unit subsurface drainage discharge by culvert spacing
그림 Fig. 6 Comparison of drain discharge by Analysis M. and specification
그림 Fig. 7 Comparison of required drain discharge(Q_pr) and capability of drain discharge(Q_a)
그림 Fig. 8 Measurement of Q and salinity of water

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 암거간격별 지하암거의 침투류해석을 실시하여 지하배수효율이 높은 암거간격을 제시하였으며, 비굴착식 암거공법에 사용되는 주름유공관의 통수능력을 비교분석 하여 그 적용성을 확인하였다. 또한, 지하관개+배수 겸용 지하암거에 비굴착식 암거공법의 적용 가능성을 확인하였다.
본 연구에서는 암거간격별 지하암거의 침투류해석을 실시하여 지하배수효율이 높은 암거간격을 제시하였으며, 비굴착식 암거공법에 사용되는 주름유공관의 통수능력을 비교분석 하여 그 적용성을 확인하였다. 또한, 지하관개+배수 겸용 지하암거에 비굴착식 암거공법의 적용 가능성을 확인하였다.

제안 방법

암거간격별 투수계수별 지하암거의 침투류해석을 실시하여 암거로 침투되는 배수량과 암거사이 배수량분포를 파악하여 배수효율이 높고 그 분포가 허용범위 (q_min)에 있는 암거간격을 검토하였다.
계획배수량 (Q_r)은 단위계획배수량 (q_r)×집수면적 (A)로 구하며, 집수면적은 암거길이 (Lc)*암거간격 (Sc)으로 Q_r= q×A = q_r×Lc×Sc의 관계식으로 구한다.
여기서, qr= 10∼30 mm/day의 범위 중에 적정 값에 대한 구체적인 기준이 없어 실무자들의 애로사항이 있다. 본 연구에서 구체적인 값을 제시하고자 지하암거조건의 침투류해석을 실시하여 각 조건별 소요통수량을 비교분석하였다.

이론/모형

암거간격은 설계기준에 흙의 투수계수 (k), 암거깊이 (d), 불투수층의 깊이 (D), 지하수위 (H) 등의 관계식 중에서 Van Schilfgaarde과 Hooghoudt 제안식을 사용하여 결정하였다 (Jung et al., 2006, Ministry, 2015).
암거의 배제가능통수량은 manning공식으로 산출하였다(Ministry, 2001).

성능/효과

1. 지하암거 침투류해석결과 암거간격 (Sc)이 5 m이내로 적을수록 단위배수량 (q)이 더 크다. 또한 Sc가 5 m이상이면 암거사이 중간에서는 배수량이 거의 없으므로, 암거간격을 5 m 이내로 하여야 배수효율이 훨씬 높고, 암거사이 배수량분포가 허용범위에 있다는 결과를 얻었다.
2. 계획암거전체배수량 (Q_r=2*10⁶*k-6.02)은 흙의 투수계수 (k)에 직선 비례하므로, 관경설계 시 Q_r(=q_r*Sc*Lc)에서 q r 은 k에 따라 다르게 적용하여야 한다.
3. 흡수암거의 통수능력을 비교분석한 결과 암거연장 Lc= 100 m에서도 주름유공관 직경 Dc=50 mm이면 통수능력이 충분하다는 결과를 얻었다.
4. 그러므로 Sc>10 m, Dc>100 mm의 굴착식 기존 암거공법 보다, Φ50 mm주름유공관+수평매트 암거형태를 사용하는 저비용 비굴착식 암거공법 등으로 암거간격 (Sc)을 5 m이내로 하면 공사비도 적으면서, 암거사이 배수량분포가 허용범위(q min > 10 mm/day)에 있고, 지하배수효율이 훨씬 높다는 결론이다.
5. 지하관개+배수 겸용암거는 지하관개를 위해 더 좁은 간격 (Sc<2∼3 m)이 필요하므로, 관경을 Dc=35 mm로 하고, Sc=2∼3 m의 조건에 대하여 검토한 결과 암거길이 Lc=100 m에서는 통수능력이 부족하지만 Lc=50 m에서 충분하므로 지하관개+ 배수 겸용암거에도 비굴착식 암거공법의 적용이 가능하다는 결론을 얻었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	두더지암거 또는 심토파쇄공법의 특징은 무엇인가?	여기서 보조암거공법으로 두더지암거 또는 심토파쇄공법이 적용되는데, 이 공법은 시간이 경과하면서 통수기능이 상실되는 문제가 있다 (Jung et al., 2006).
	우리나라에 지하배수개선사업은 왜 필요한가?	쌀 수급조절과 농가소득 향상을 위하여 논에서 밭작물 재배의 면적이 증가하고 있으며, 논에 밭작물 안전재배를 위하여 우리나라 616천ha의 농경지가 지하배수개선사업이 필요하다고 하였다 (Lee et al., 2016).
	지하암거 침투류해석결과는 암거간격에 대해 어떠한 결과를 도출했는가?	지하암거 침투류해석결과 암거간격 (Sc)이 5 m이내로 적을수록 단위배수량 (q)이 더 크다. 또한 Sc가 5 m이상이면 암거사이 중간에서는 배수량이 거의 없으므로, 암거간격을 5 m 이내로 하여야 배수효율이 훨씬 높고, 암거사이 배수량분포가 허용범위에 있다는 결과를 얻었다.

참고문헌 (8)

Fausey, N. R. and R. L. Cooper, 1991. Sub-irrigation response of soybean grown with high yield potential management, Presented at the international conference on sub-irrigation and controlled drainage. Lansing. Michigan, August 12-14.
Hwaan project office, Korea Rural Community Corporation, 2016. Test construction and analysis study on effect of deselinization subsurface drainage in 8th phase of Hwawong civil construction works (in Korean).
Jung, H.W., S. J. Kim, J. S. Kim, J. K. Noh, K. U. Park, J. K. Son, K. S. Yoon, K. H. Lee, N. H. Lee, S. O. Chung, J. D. Choi, and J. Y Choi, 2006. Irrigation and Drainage Engineering. Dongmyeong Publisher (in Korean).
Kim, H. T., D. U. Seo, C. H. Yoo, and S. Y. Kim, 2015. Theoretical analysis of soil desalination characteristics for underdrain system at reclaimed tidal land. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers 57(3): 87-92. doi:10.5389/ksae.2015.57.3.087 (in Korean).

원문보기 상세보기
Kim, H. T., J. Y. Ryu, K. Y. Jung, and D. G. Seo, 2018. Comparative study on the subsurface drainage discharge performance by the type of non-excavation subsurface drainage culvert. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers 60(6): 73-81. doi:10.5389/KSAE.2018.60.6.073 (in Korean).
Lee, J. G., S. P. Kim, and S. J. Bae, 2016. Present and future of farmland generalization technology. Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers 58(3): 37-43 (in Korean).

원문보기 상세보기
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2001. Planning and design criteria for agricultural production infrastructure development and improvement project (drainage): 283-290 (in Korean).
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, 2015. Investigation and Design Guidelines of Subsurface drainage for Multipurpose Utilization of Paddy-Field: 7-10 (in Korean).

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